单管立式长轴多级熔盐泵的研发及应用

吴佩国 吴佩忠 关宁

摘 要：从20世纪键年代开始，我国大型化工及冶金工程项目中选用的熔盐泵大都从德国、法国进口，国外立式长轴多级熔盐泵技术的快速发展给我国工业领域带来了全新的挑战。为了满足行业熔盐泵的特殊性能的需求，推动高端泵设计制造长足进步，文章对熔盐泵市场的引进与国产并存的理状进行了总结，研发了单管立式长轴多级熔盐泵，选用优质耐高温材料，对水力模型、轴承润滑、冷却系统等进行优化和改进，泵效率高、结构合理、运转平稳可靠、无故障工作时间长。

关键词：熔盐泵;多级;单管;长轴;工业

随着制造技术高速发展，中国泵产业始终长期徘徊在中、低端产品设计制造，而大量高端产品一直依赖进口的局面打破了[1]。通过市场调查，预计在5～10年内，用于冶金行业的熔捻泵会以30%左右的速度发展，用于石化行业的熔盐泵将以25%左右的速度发展[2-5]。自从江苏大学于1999年与企业合作研制成功国内第一台高温熔盐泵以来，对熔盐泵市场的引进与国产并存的理状进行了总结，发现应用中存在的主要问题是泵效率偏抵、上轴承寿命太短（一般不超过半年）、液下部分的不对称结构引起不均匀热变形导致滑动轴承抱死等[6-7]。单管立式长轴多级熔盐泵，选用优质耐高温材料，对水力模型、轴承润滑、冷却系统等进行优化和改进，泵效率高、结构合理、运转平稳可靠、无故障工作时间长，主要用于太阳能光热、三聚氰胺、氧化铝和片碱等项目中的输送高温熔盐，也可用于其它行业输送类似的介质。

1  结构特点

本系列泵属于立式液下泵，根据不同的使用场合，泵分为双管泵和单管泵、单级和多级、水冷和风冷、稀油润滑和脂润滑几种形式

1.1  双管泵和单管泵

在双管泵的主支撑管和出液管分开布置，单管泵的出液管套在主支撑管内部，介质在两娱管组成的环形空间流动，完全避免双管泵由于两根管存在温差。热膨胀不一致而对泵产生附加力矩造成的危害。该系列泵结构合理，稳定性好、是目前较先进的熔盐泵。单管泵的径向力平衡一般采用径向导叶或空间导叶，箕平衡效果和可靠性优级千双管泵的双流道结构。

1.2  单级和多级

根据用户对扬程需求的高低，泵分为单级和多级。特别是在氧化铝、塔式太阳能光热系统上，泵扬程较高，大多是采用多级泵的形式。

1.3  水冷和风冷

由于泵输送的介质温度较高，为防止热量沿外壳和泵轴传到轴承上，必须对轴承进行有效冷却，常用的冷却方式有水冷却和风冷却。

水冷卻，液上轴承座设有上下两层冷却夹套，不管是泵工作时还是停泵时，两层冷却系统能有效阻止熔盐槽中的热量沿壳体和轴向轴承传递，确保泵轴承工作在60C以下。

风冷却。在泵联轴器下方装有和泵同步旋转的风扇，泵工作时能有效对泵轴承逆行有效冷却，但在泵不工作时，无法对泵轴承进行冷却，对轴承和润滑油会造成不利的影响，该冷却方式多用在现场无冷却水或不方便接冷却水的场合。

1.4  稀油润滑和脂润滑

泵轴承的润滑方式有稀油润滑和脂润滑。稀油润滑采用的是一种特殊结构，在泵工作时能将油室下方的润滑油输送到上方的轴承对其进行润滑和冷却，润滑效果好，轴承便巨寿命长，并且油室采用无接触式的密封套密封，无油封、0形圈等密封件，密封效果好且无磨损。脂润滑采用耐高温润滑脂，再通过有效的冷却方式保证泵轴承工作在允许的温度范围内。

2  单管立式长轴多级熔盐泵的研制

2.1  立式熔盐泵结构

立式熔盐泵结构单管立式长轴多级熔盐泵的研制，包括进水喇叭、叶轮、空间导叶、泵轴、导轴承、底座、锯齿密封轴套、水冷腔、石墨轴套、机械密封、深沟球轴承、轴承压盖、联轴器和电机的配合。

2.2  关键结构分析

采用锯齿密封轴套来密封高温的熔盐液体，其采用与泵轴相同的材料制成，并且与泵轴之间采用过盈配合，而不使用额外的固定件，既简化了结构也避免了对泵轴结构强度的影响。轴套外缘刻有正三角形锯齿，并且在底座相邻位置处亦刻有正三角形锯齿，由于熔盐介质运行温度可达700～1000°C，目前没有机械密封可以承受如此高的温度，因此机组第一道轴向密封不采用额外密封装置，而是通过结构的改进来降低泵运行的泄漏量。在轴套与底座的配合处刻锯齿，通过锯齿来增加流动阻力，达到降低机组泄漏量的目的。此项设计作为第一道轴封，能对高温熔盐起到良好的密封效果，同时能避免高温熔盐对泵体零件的破坏。

采用水冷腔来冷却泵轴、轴套，机械密封、轴承等零件。可通过一侧的进水孔向水冷腔加水，并且水冷腔内部设有液位检测探针。该水冷腔还可以收集微量的从锯齿密封轴套处泄漏的高温熔盐，并将其冷却至常温。当水冷腔液位超过警戒位置后，可以通过水冷腔底部的出水孔排水，方便了检修程序。水冷腔内部的石墨轴套与泵轴采用间隙配合。石墨轴套底部采用轴环定位，轴环与锯齿密封轴套之间有一定的间距。石墨轴套表面为矩形锯齿状，以增加散热面积达到更好的散热效果。石墨轴套上端抵住机械密封动环，起到定位作用。

3  熔盐系统在化工生产中的应用

在化工生产中，反应是强吸热的反应，所需热量由熔盐系统提供。反应是强放热的反应，所产生的热量则由熔盐系统带走然后经过熔盐冷却器释放热量。在反应器内部，中心管与外部空间有一个内循环，循环越好，传热效率越高。换热量与公司生产熔盐循环泵的流量有关，另外反应物料从反应器底部加进，可以加强内部循环，提高传热效果。

4  结语

随着世界信息革命席卷全球，再加上中国经济在新世纪高速发展，中国泵工业的设计制图技术、冶炼铸造技术、制造技术和泵测试技术都获得了巨大进步。单管立式长轴多级熔盐泵装置具有结构紧凑，运行平稳、操作简单、修理便捷、占地面积小、通用化、标准化程度高的优点。吸收了世界发达国家立式长轴泵规划和制作的先进经验，可以用来输送具有腐蚀性的工业液体。

使用结果表明，单管立式长轴多级熔盐泵达到离心泵的实际性能曲线与要求的性能曲线的一致性。提高盯Y 系列熔盐泵在指定工况点的效率，使该系列泵达到节能高效、运行平稳、使用寿命长的效果。

参考文献：

[1]高波，李超，倪丹，周文杰，陈金波.高温熔盐泵内部非稳态流动对压力脉动特性的影响[J].排灌机械工程学报，2021，39（04）：338-344.

[2]阎波，张庆亮.SOP制酸工艺中熔盐系统存在问题及解决措施[J].山西化工，2020，40（06）：126-127.

[3]金永鑫，张德胜，王子超，张乃舒，施卫东，王道红.基于VOF模型的高温熔盐泵上端密封泄漏分析[J].排灌机械工程学报，2020，38（12）：1209-1214+1220.

[4]金永鑫，张德胜，石磊，施卫东，王道红.熔盐物性对熔盐泵内部流动及圆盘损失特性影响[J].太阳能学报，2020，41（11）：176-184.

[5]操松林，呼核升，操瑞嘉，丁强民，文宏刚，王祥薇，温超，李双宁.熔盐泵现状与展望[J].流体机械，2019，47（11）：49-55.

[6]刘磊，杨立.高温熔盐泵轴承冷却方案的选择与应用[J].通用机械，2019（03）：47-49.

[7]杨尚东. 高温熔盐实验台的设计和运行[D].华北电力大学（北京），2019.

[8]操松林，呼核升，操瑞嘉，丁强民，文宏刚，王祥薇，温超，李双宁.熔盐泵现状与展望[J].流体机械，2019，47（11）：49-55.